Depuis les premiers travaux publiés en 2004, le graphène est obtenu par trois principales techniques, l'exfoliation, le dépôt chimique en phase vapeur et la graphitisation du carbure de silicium. Seules les deux dernières sont adaptées aux technologies standards de la microélectronique. Une autre méthode est étudiée dans ce travail, consistant à faire croître le graphène par épitaxie par jets moléculaires. Le SiC a été utilisé comme substrat du fait du faible désaccord de maille avec le graphène et de sa compatibilité avec les processus technologiques. La croissance de graphène a été obtenue avec succès sur les deux faces du SiC, à partir d'une source de carbone solide. La gamme de température utilisable est restreinte du fait de l'amorphisation ou de la graphitisation. La structure du graphène dépend fortement de la face du SiC considérée, de façon analogue à ce qui est obtenu par graphitisation (plan d'interface riche en C et empilement graphite sur la face Si, absence de couche d'interface et plans tournés et découplés électroniquement sur la face C). Les bandes de valence ont été mesurées en spectroscopie de photoélectrons résolue angulairement, et présentent la dépendance linéaire caractéristique du graphène aux points de Dirac. Cependant, la présence de défauts dans le matériau induit une forte réduction de la mobilité électronique. Cette dernière a été améliorée en réalisant la croissance épitaxiale sous un flux de Si externe, à plus haute température.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de l'autopulsation à 40 GHz générée par verrouillage de modes passif dans les lasers DBR à semi-conducteurs, et de leur application à la récupération d'horloge tout-optique à 40 Gbit/s. Un modèle théorique a montré que le blocage de modes passif dans ces lasers est engendré par mélange à quatre ondes et génère une corrélation des bruits de phase des modes du laser. La signature expérimentale de l'autopulsation est alors la réduction de largeur spectrale du spectre lorentzien du photocourant. L'importance du mélange à quatre ondes a ensuite guidé les démarches de conception de ces composants, et les lasers DBR autopulsants réalisés ont permis l'étude expérimentale du blocage de modes passif, à travers la mesure d'une relation de phase fixe entre modes et la démonstration de la corrélation de leurs bruits de phase. Par la suite, la caractérisation de lasers à boîtes quantiques, développés au III-V Lab, a montré leur potentiel à générer des signaux autopulsants de haute pureté spectrale, avec des largeurs spectrales proches du kHz. Enfin, l'étude de la synchronisation externe du laser autopulsant a montré le rôle clé de la largeur spectrale et l'intérêt des lasers à boîtes quantiques pour les applications telles que la récupération d'horloge tout-optique ou la génération de porteuses optiques micro-ondes. Ces lasers ont d'ailleurs permis la réalisation d'une récupération d'horloge tout-optique à 40 Gbit/s présentant une fonction de transfert de gigue compatible avec le gabarit de la norme ITU-T G825.1. Ce résultat prometteur permet d'envisager l'utilisation de lasers DBR autopulsants dans une interface de régénération.

Cette thèse a eu pour objectif la synthèse de nanocristaux de semi-conducteur de forme allongée et leur assemblage contrôlé entre des électrodes. L'alignement de ces nanorods à grande échelle permet d'obtenir des matériaux ayant des propriétés optiques et électriques intrinsèquement anisotropes. Nous avons synthétisé des nanorods de CdSe dans une large gamme de rapports de forme (de 1,6 à 10), et des hétérostructures cœur sphérique de CdSe et coquille allongée de CdS. Nous avons utilisé les techniques de spectroscopie UV-vis et PL pour caractériser les propriétés optiques des nanorods ; leur morphologie et leur structure ont été étudiées par MET et diffraction des rayons X. La mise en œuvre d'un dispositif pour réaliser l'assemblage en parallèle de plusieurs électrodes a permis d'implémenter une technique rapide et reproductible. Bien que l'application d'un champ électrique seul permet de guider les nanorods entre les électrodes, le contrôle de l'assemblage et leur alignement est réalisé grâce à l'application simultanée d'un champ électrique et d'une excitation ultraviolette pendant l'évaporation d'une goutte de solution colloïdale. Différents paramètres expérimentaux ont été explorés pour identifier leurs influences sur les assemblages. Ces derniers ont ensuite été caractérisés par des techniques de microscopie (électronique à balayage et optique), révélant un degré d'alignement considérable des nanorods de CdSe selon les lignes de champ électrique quand il y a l'action synergique d'un champ électrique et d'une source UV.

Dans ce document, nous présentons une étude des caractéristiques d'absorbants saturables à multi-puits quantiques dopés au fer dans le cadre d'une régénération 2R tout optique de signaux à hauts débits. Après avoir situé le domaine d'application et rappelé les propriétés non-linéaires du matériau qui permettent l'utilisation de ces structures en tant que régénérateurs pour les télécommunications optiques. Nous exposons les méthodes de caractérisation et les résultats expérimentaux concernant ce composant, en s'intéressant plus particulièrement à des absorbants saturables insérés en cavité Fabry-Perot. Puis, nous étudions l'évolution des propriétés (longueur d'onde, contraste, temps de réponse et puissance optique de seuil des effets non-linéaires) en fonction de la polarisation du signal incident et de la température. Enfin, nous proposons les résultats préliminaires des performances de ce composant en configuration système à 10Gbit/s dans une boucle à recirculation de 91 kilomètres.

Ce travail de thèse porte sur la caractérisation et la compréhension des propriétés optiques d'un milieu semi-conducteurs à boîtes quantiques InAs/InP(311)B obtenues par épitaxie. Cette étude est menée dans le cadre de la réalisation de lasers à modulation directe et d'amplificateurs optiques multi-canaux sans diaphonie. Après un rappel du contexte des réseaux de télécommunications optiques, nous rappelons les principes physiques du fonctionnement d'un ensemble de boîtes quantiques ainsi que les spécificités de ce milieu par rapport aux composants à base de matériaux massifs, de puits quantiques ou de "" segments "" quantiques. Ensuite, nous présentons les caractérisations effectuées par pompage optique sur des guides planaires à boîtes quantiques. Les résultats de l'oscillation laser obtenue sont discutés. Les mesures de gain, de pertes et du remplissage par les porteurs du milieu à boîtes quantiques sont ensuite présentées. La mise en perspective des différentes caractérisations permet une discussion du caractère inhomogène de nos boîtes quantiques à température ambiante. En complément de ces mesures est effectuée une étude sur la polarisation de l'émission du milieu.Enfin, nous présentons les résultats obtenus sur un amplificateur à guide monomode. La mise en place d'une technique de mesure pompe - sonde et les résultats ainsi obtenus sous saturation de l'absorption du niveau fondamental sont présentés. Nous terminons par une discussion de la largeur homogène sous saturation de l'absorption et sur le potentiel particuliers des boîtes quantiques pour le traitement du signal optique multi-canaux sans diaphonie inter-canal.

La majeure partie de cette thèse concerne l'étude de la susceptibilité diamagnétique en champ magnétique nul d'un gaz d'électrons de Bloch à température et densité fixées dans la limite des faibles températures. Pour les électrons libres (i.e. en l'absence de potentiel périodique), la susceptibilité diamagnétique a été calculée par L. Landau en 1930; le résultat est connu sous le nom de formule de Landau. Quant au cas des électrons de Bloch, E.R. Peierls montra en 1933 que dans l'approximation des électrons fortement liés, la formule pour la susceptibilité diamagnétique reste la même en remplaçant la masse de l'électron par sa ''masse effective''; ce résultat est connu sous le nom de formule de Landau-Peierls. Depuis, de nombreuses tentatives pour clarifier les hypothèses de validité de la formule de Landau-Peierls ont vu le jour. Le résultat principal de cette thèse établit rigoureusement qu'à température nulle, lorsque la densité d'électrons tend vers zéro, la contribution dominante à la susceptibilité diamagnétique est donnée par la formule de Landau-Peierls avec la masse effective de la plus petite bande d'énergie de Bloch.

La fabrication de plaquettes de silicium (wafers) est l'un des processus de fabrication le plus complexes qui existe aujourd'hui. Étant donné à la fois le niveau très élevé d'investissements en équipement et la forte concurrence sur le marché, les fabricants de semi-conducteurs cherchent à rentabiliser au maximum les unités de fabrication (fabs) afin d'obtenir à la fois le meilleur niveau d'utilisation des équipements, un bas niveau d'encours et des temps de cycle de plus en plus courts. Avec l'arrivée de la nouvelle génération de wafers de 300mm de diamètre, des contraintes ergonomiques et de productivité imposent l'automatisation de toute la manutention et le transport des lots de production. Le système automatique de transport joue donc désormais un rôle essentiel pour l'amélioration de la productivité de la fab et la réduction des coûts de production. Cependant, les stratégies de pilotage du système de transport ont été relativement peu étudiées dans la littérature et les travaux existant le considèrent comme étant une entité isolée, ignorant ainsi les effets sur la gestion de la production et des équipements. Du fait de la complexité du processus de fabrication, les études proposées dans la littérature ont traditionnellement été réalisées avec de la simulation à événements discrets.L'objectif de cette thèse est de proposer une méthodologie d'analyse et d'optimisation de la gestion du système automatisé de transport des lots, afin d'améliorer les indicateurs clés de la production. Nous proposons d'abord une modélisation hybride de la fab et du processus de fabrication. Pour cela, nous utilisons une méthodologie basée sur l'identification des ''process'' et de leurs interactions, ainsi qu'une représentation en réseaux de Petri colorés temporisés. Cette conceptualisation nous permet de mieux intégrer les différents composants dans un modèle de simulation. Ensuite, plusieurs stratégies pour la gestion du système de transport des lots (i.e. stratégies de dispatching et de positionnement des chariots) sont analysées. Cette étude est réalisée en couplant des techniques classiques de la Recherche Opérationnelle (i.e. programmation mathématique, méthodes heuristiques) avec le modèle de simulation de la fab. Ainsi, la problématique de gestion du système de transport est abordée à partir du niveau tactique à l'aide d'une démarche d'optimisation qui permet de trouver les valeurs optimales des paramètres du modèle de simulation. Ce dernier permet d'étudier le comportement dynamique du système et facilite l'implémentation des règles pour la gestion opérationnelle. La mise en oeuvre de la démarche hybride optimisation-simulation proposée est analysée dans la structure complexe d'une unité de fabrication de wafers de la nouvelle génération de 300~mm de diamètre.

Cette étude porte sur la conception, l'élaboration sous contrôle optique et la caractérisation de modulateurs Fabry-Pérot en multicouches (Ga, Al)As. Ces dispositifs sont destinés à être utilisés comme portes optiques à 885 nm dans une architecture tout-optique. Après avoir exposé les contraintes imposées à ces composants par l'application visée, nous rappelons les notions de base nécessaires à la compréhension et au calcul du comportement optique de ces résonateurs. Nous discutons la capacité à assurer la fonction de modulation et les conditions de fonctionnement de ces dispositifs, directement liées aux propriétés optiques non-linéaires des semi-conducteurs sous excitation optique et électrique. Nous montrons que l'obtention de bonnes performances de modulation exige une grande maîtrise dans l'élaboration des structures, notamment dans les épaisseurs des couches constituantes dont la précision doit être inférieure à 1%. Dans un second temps, nous décrivons la technique d'épitaxie par jets moléculaires assortie des conditions expérimentales utilisées pour l'élaboration de ces composants. Après avoir mis en évidence la nécessité de disposer d'un moyen de contrôle en temps réel des épaisseurs déposées pour assurer la précision requise, nous présentons la technique de réflectométrie dynamique accordable développée dans ce but: principe, montage et caractéristiques. En particulier, nous montrons comment l'utilisation originale d'une source accordable permet de garantir la précision du contrôle optique par sélection des longueurs d'onde expérimentales optimales déterminées par un calcul préalable. Nous développons alors l'étude menée à l'aide de cette technique sur la caractérisation de la dispersion des indices optiques des alliages (Ga,Al)As à la température d'épitaxie et sur la croissance de réflecteurs de Bragg et de modulateurs Fabry-Pérot. Nous présentons ensuite les caractérisations des structures élaborées qui montrent que la précision requise sur les épaisseurs déposées est atteinte et que la modulation de la réflectivité est effectivement obtenue à la longueur d'onde de résonance visée. Nous concluons sur les perspectives d'amélioration de ces performances

Ce travail de thèse porte sur la synthèse de matériaux hybrides organiques-inorganiques obtenus par greffage contrôlé d'oligomères ou de polymères pi-conjugués, à base de thiophène ou d'aniline, sur la surface de nanocristaux de semi-conducteurs II-VI, et plus précisément sur du CdSe. <br />La réaction de greffage est assurée par une fonction d'ancrage, de type carbodithioate, présente sur les ligands et ayant une grande affinité pour la surface des nanocristaux. On distingue deux méthodes de greffage : une voie directe par simple échange de ligands et une voie indirecte comprenant une étape de post-fonctionnalisation de nanocristaux enrobés par des ligands bi-fonctionnels, en l'occurrence par le 4-formyldithiobenzoate. Cette dernière méthode est très générale et permet en outre de co-déposer un mélange nanocristaux / oligomère et d'effectuer la réaction de couplage en phase solide en chauffant.<br />De manière générale, les propriétés électrochimiques des nanocristaux et des ligands greffés sont principalement conservées et les études spectroélectrochimiques démontrent que le mécanisme de dopage des ligands conjugués greffés reste inchangé en présence du nanocristal. <br />La position des niveaux énergétiques des ligands, par exemple du tétramère d'aniline, par rapport au nanocristal est telle qu'une séparation des charges est possible après une excitation, ce qui est confirmé par la diminution forte de la photoluminescence. Des études de photoluminescence résolue dans le temps montrent une corrélation directe entre la longueur de conjugaison des ligands et l'efficacité du transfert. Dans le cas du tétramère d'aniline, plus aucun signal n'est mesurable. Mais le transfert de charges dans le cas du thiophènedithiobenzoate est également très efficace. Les premières mesures de photocourant sont également prometteuses. Les matériaux développés, qui peuvent être préparés de manière contrôlée et variée, possèdent un potentiel d'application dans les cellules photovoltaïques.

Cette thèse s'intègre dans le cadre d'un projet CIFRE avec Solarwell et a pour but de valoriser la synthèse des nanoplaquettes. Ces objets anisotropes permettraient de faciliter l'intégration des nanocristaux dans les dispositifs qui utilisent leurs propriétés opto-électroniques particulières (dispositifs luminescents, cellules solaires, transistors...). Les nanocristaux semi-conducteurs bidimensionnels présentent un confinement quantique selon une dimension, l'épaisseur, contrôlée à la monocouche atomique. Le premier objectif de cette thèse est d'étendre latéralement les nanoplaquettes afin de disposer de films d'épaisseur nanométrique par voie colloïdale. Pour ce faire, une stratégie d'extension latérale par injection continue de précurseurs ainsi qu'une optimisation des paramètres de synthèse ont été mises en place. Elles ont permis de mettre au point une synthèse simple et robuste de nano-rouleaux de plusieurs centaines de nanomètres de long. Les nano-rouleaux obtenus sont caractérisés par spectroscopie d'absorption et microscopie électronique en transmission. Ils sont déroulés par une technique de croissance de coque sur les nanoplaquettes pour obtenir des nanofeuillets plats d'épaisseur homogène de l'ordre du nanomètre. Ensuite, afin d'élargir la gamme de longueurs d'onde accessibles, une méthode d'échange de cations a été appliquée aux nanoplaquettes de chalcogénure de cadmium synthétisées par voie directe. Des nanoplaquettes absorbant dans l'UV (chalcogénure de zinc) et dans l'infrarouge (chalcogénure de plomb) ont été obtenues. Cette technique permet d'étendre les hétérostructures bidimensionnelles à de nouveaux matériaux.